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智能仪表测量技术









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 工作时序分析
    ICL7135的工作原理和内部电路在很多参考资料上都有说明,在此只为论述问题的方便分析其时序(图1)。
   由图1可知,每一测量过程分为4个阶段:
    1)T0:自动调零阶段。
  2)T1:信号定时积分阶段 需要10000个时钟周期,积分器电容充电电压正比于外接信号电压。
  3)T2:反向定速积分阶段 *大20001个时钟周期,积分器接到参考电压反向积分。
    4)T3:零积分 T0+T3共占10001个时钟周期。
  BUSY(ICL7135第21脚):积分器在积分过程中(T1+T2),BUSY输出高电平,积分器反向积分过零后输出低电平。
  RUN/HOLD:启动A/D转换器。该端接高电平时,7135为自动连续转换,每隔40002个时钟周期完成一次A/D转换;该端为低电平时,转换结束后保持转换结果,输入一个正脉冲后启动另一次转换。
  由以上分析可知,T2的时间长短正比于输入电压,求出一已知电压的T2值以及待测电压的T2值,根据它们的线性关系,即可求出该测量电压大小。在此,可以求出BUSY信号脉冲的宽度,然后根据下文提出的一种算法求出电压值。
  利用89c52内部的T1定时器来对BUSY脉冲计时,在求此脉冲宽度的程序中,采用中断法。在定时/计数器的工作方式控制寄存器TMOD中有一个门控位GATE,当GATE=1时,只有当INT1端口为高电平且TR1置位为1时才选通定时/计数器工作。利用这一功能,我们把BUSY信号接到INT1,即可实现BUSY高电平期间T1自动计数。同时设置中断系统为负跳变产生中断,即利用BUSY信号的下降沿对89c52产生一中断信号,此时T1停止计数并读入T1值交由相关程序处理。其工作原理如图2所示。因为并不需要ICL7135一直自动运行,所以另外用P3.5控制起停。
2 硬件原理
   
由上面分析,我们得出下面的原理示意图3。
3 消除误差的校正方法及部分程序代码
  因为中断响应的延时以及电路的零漂,共模干扰等因素,测得的BUSY信号宽度有一定误差,所以提出下面的校正算法来计算待测电压。
  假设对应上图Vi采集后定时/计数器T1的计数值为Ni,同理Vref对应Nref,Vg对应Ng则:

  其中N1为定时积分T1时间段计数值,N2i为对Ni定速积分T2时间段计数值,N2r为对Nref定速积分T2时间段计数值,N2g为对Ng定速积分T2时间段计数值,K为放大器放大倍数,Kt为计数值与采样的电压值之比值,为一固定系数,N3为因为中断延时等导致的计数误差,Vs为一切折算到多路开关输入端的零漂及共模干扰等干扰电压。所以,

  由以上几式可见,N3在分子和分母中因为两个计数值相减均被抵消掉了。而且Vi和K,Vs均无关,即从根本上消除了多路开关的导通电阻和电路中的其他零漂、时漂对测量的影响,又因为Vg=0,上式可以进一步化简求出为:

  经过以上三次采样,我们即可以求出待测电压Vi的大小。与此相关的部分程序代码(C51编写)如下:

4 实际应用及结论
  ICL7135的这种用法及对应的校正算法在所研制的智能温控仪中得到了应用,精度符合要求,运行效果良好。实践证明,该方法节省了单片机的硬件资源,而且精度高,抗干扰能力强。
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